Leho Tedersoo教授深度解读菌根共生如何驱动植物群落生态！

来源：拇指科研

权威期刊Science发表了爱沙尼亚塔尔图大学Leho Tedersoo、Mohammad Bahram、Martin Zobel撰写的综述论文，题为How mycorrhizal associations drive plant population and community biology。在植物群落中，植物与共生真菌（菌根）之间的联系无处不在。本文回顾了菌根研究的最新进展，揭示了这种很大程度上不可见的相互作用的复杂性和普遍性。菌根菌丝的复杂网络连接单个植物的根系，调节养分流和植物物种之间和植物内部的竞争相互作用，最终影响植物群落生态和共存的各个方面（Nature | 年度重磅合集：植物微生物组！ISME | 新方法揭示宿主需求如何影响真菌的营养转移策略！）。

菌根类型对植物种群和群落水平过程的影响

所有维管束植物均与真菌和细菌（微生物组）相关。根系与菌根真菌的结合通过增强植物的养分获取和胁迫耐受性而使大多数植物受益（Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！）。菌根真菌还介导植物与其他土壤微生物的相互作用，包括病原菌和菌根共生菌（瑞士弗里堡大学最新研究揭示丛枝菌根真菌和病原真菌之间的相似性和差异性！），它们会产生维生素并能对抗胁迫。通过这些功能，菌根与植物根的共生体会影响植物的地下特性，调节植物与植物之间的相互作用，并改变生态系统过程。广泛的菌根网络物理连接地下的同种和异种植物个体，介导养分转移和植物化学信号的传递。丛枝菌根（AM），外生菌根（EcM），杜鹃科菌根（ErM）和兰科菌根（OM）具有独特的进化史，解剖结构和生态学，从而不同地影响植物保护，养分获取以及地下碳和养分循环（Nat. Commun. | 重磅！Francis Martin团队揭示菌根真菌共生特征趋同进化的分子机制！；Nature Reviews Microbiology | 权威综述解读菌根共生中的独特和共同特征；ANNU REV ECOL EVOL S | 详细解读互惠共生关系依赖性的进化！）。

图1. 菌根共生促进植物共存和多样性以及植物种群动态的稳定和平衡机制

菌根真菌通常是决定植物种群和群落动态的关键因素（Nature Plants | 约翰英纳斯中心揭示被子植物细胞内共生保守信号通路为陆生植物多样性提供分子证据），在菌根类型之间存在几个主要差异。本文综合了有关菌根作用对植物-植物相互作用和生态专业化的最新知识。得出的结论是，菌根结合本身，真菌多样性和菌根类型直接或间接影响植物的扩散和竞争，从而影响植物种群和群落，并在局部范围内调节植物的共存性和多样性。在占全球植物物种近80％的AM植物中，菌根和地下菌丝网络往往会通过促进劣等竞争者的表现来加剧种内竞争并减轻种间竞争。真菌多样性通过提供特定于物种的益处并抑制优越的竞争者，从而增强了植物的多样性，反之亦然（Science | 菌根真菌可以塑造生态系统对环境变化的反应！）。与其他菌根类型相比，EcM真菌通过滋养根部和酸化土壤，可有效抵抗土壤传播的病原菌。病原菌抑制导致植物土壤的积极反馈，促进成年树木附近树苗的建立，这可能导致植物群落具有单一优势，各种生物群的多样性低。兰花产生数百万具有高分散潜力的尘埃种子，至少在幼苗阶段会遇到与植物相容的OM真菌伴侣，这些伴侣能够滋养植物。通过释放化感凋落物并与选定的无处不在的腐殖质腐生菌群建立ErM根共生关系，Ericaceae获得了竞争优势，这些腐生菌在强酸性环境中进化出有效的酶来获取顽固有机化合物中的营养。

图2. 菌根网络对植物间碳和信号传递的影响

图3. 丛枝菌根和外生菌根的生境和菌根类型之间的植物-互生-病原菌关系之间的主要差异

越来越多的证据表明，菌根真菌通过影响植物的扩散和建立以及调节植物的共存关系来驱动植物种群生物学和群落生态。植物与真菌的菌根结合本身以及相互联系的菌丝网络共同决定了宿主植物的功能性状和自噬性，这在兰花的专门营养和传播中得到了最好的体现。 EcM植物附近的植物土壤积极反馈或AM植物附近的负同种反馈主导的栖息地斑块可能会为不同的植物物种产生不同的再生斑块。此外，通过利用不同生根深度，觅食策略和土壤养分分配的种间竞争，菌根类型内和菌根类型之间的生态位分化增强了共存。我们仍然缺乏有关几个过程的机械基础的关键信息，例如通过菌丝网络进行植物间养分转移以及菌根界面中碳-养分交换和交易以及亲属识别和促进的原理。了解这些过程将使我们能够改善对全球变化和污染对植被和土壤过程的影响的预测，并能够完善技术来提高农业和林业的产量（近5年80篇高水平文章！Francis Martin院士团队在林木微生物互作领域取得重大进展！“少肥多产”不是梦）。